2.Введение
3.Образование мантии и ядра Земли
4. Дифференциация мантии и образование коры, гидросферы и атмосферы
5.Вывод
6.Список использованной литературы
2.Введение.
В настоящее время в науке создалось такое положение, что разработка космогонической теории и реставрация ранней истории Солнечной системы могут осуществляться преимущественно индуктивным путем, основанным на сравнении и обобщении полученных совершенно недавно эмпирических данных по материалу метеоритов, планет и Луны. Поскольку о строении атомов и поведении их соединений при различных термодинамических условиях нам стало известно очень многое, а о составе космических тел были получены совершенно достоверные и точные данные, то решение проблемы происхождения нашей планеты поставлено на прочную химическую основу, которой были лишены прежние космогонические построения. Следует в ближайшее время ожидать, что решение проблем космогонии Солнечной системы вообще и проблемы происхождения нашей Земли в частности достигнет больших успехов на атомно-молекулярном уровне, подобно тому, как на этом же уровне генетические проблемы современной биологии блестяще решаются на наших глазах.
Изотопные соотношения элементов в метеоритном и земном веществе, данные о химическом составе и структуре метеоритов представляются нам все более отчетливо как исторические документы, по которым может быть прочитана ранняя история Солнечной системы и восстановлены условия рождения нашей планеты — Земли. В свете современных данных космохимии и геохимии, астрофизики и геофизики уже сейчас можно заключить, что вещество Земли в прошлом, относительно незадолго до образования планет, находилось в состоянии плазмы и путь становления нашей планеты был связан с эволюцией вещества от плазменного состояния до состояния образования химических соединений, металлических фаз и других форм существования твердых жидких и газообразных тел (при относительно невысоких температурах). При современном состоянии науки физико-химический подход к решению проблем космогонии Солнечной системы является совершенно неизбежным. Поэтому давно известные механические особенности Солнечной системы, которым классические космогонические гипотезы уделяли главное внимание, должны быть истолкованы в тесной связи с физико-химическими процессами в ранней истории Солнечной системы. Последние достижения в области химического изучения отдельных тел этой системы позволяют нам совершенно по-новому подходить к реставрации истории вещества Земли и на этой основе восстановить рамки тех условий, в которых происходило рождение нашей планеты – становление её химического состава и формирование оболочечной структуры.
3.Образование мантии и ядра Земли.
Образование Земли связано с аккумуляцией вещества, представленного преимущественно высокотемпературными конденсатами солнечного газа. Однако относительно способа аккумуляции существуют различные мнения. В процессе формирования Земли можно допустить три варианта аккумуляции.
1. Гомогенная аккумуляция, нашедшая наиболее полную разработку в гипотезе О. Ю. Шмидта и его сторонников. Она привела к образованию квазиоднородной первичной Земли. Модель первоначально гомогенной по составу и строению Земли пользовалась наиболее широким признанием. Согласно этой модели, современное зональное строение Земли возникло лишь в ходе эволюции, что выразилось в разогревании, частичном плавлении и дифференциации земного вещества под воздействием радиоактивных источников тепла.
2. Гетерогенная аккумуляция, определившая с самого начала главные черты строения земного шара — наличие в первичной Земле металлического ядра и мантии. При аккумуляции металлических частиц сначала возникло ядро, затем на него осели более поздние конденсаты в виде силикатов, образовав мощную мантию первичной планеты.
Идею о том, что Земля начала аккумулироваться первоначально из металлических частиц, высказали В. Латимер, Э. В. Соботович, П. Гаррис и Д. Тозер, а позднее Э. Орован. В дальнейшем она была поддержана К. Таркяном и С. Кларком, Дж. Джекобсом, А. П. Виноградовым. По К. Таркяну и С. Кларку, первичная Земля аккумулировалась в той последовательности, в которой происходила конденсация веществ из первичной солнечной туманности. Крайний вариант гетерогенной аккумуляции Земли был недавно предложен Д. Л. Андерсоном и Т. Ханксом, которые полагают, что внутреннее ядро Земли приобрело свой состав за счет самых ранних дометаллических конденсатов, внешнее ядро возникло из металлической фракции и серы, а мантия—за счет аккумуляции силикатной фракции. На заключительных стадиях аккумуляции произошло осаждение материала типа углистых хондритов (С1), включая гидратированные силикаты, летучие и органические соединения.
3. Частично гетерогенная аккумуляция без резких перерывов в составе материалов, строящих земной шар. В этом случае наиболее резкая разница в составе имела место лишь между центральными частями Земли и поверхностными слоями первичной мантии. При таком способе аккумуляции первоначально не было pезких границ между ядром и мантией, подобно современному состоянию. Границы эти установились позже в ходе дальнейшей химической дифференциации, связанной с нагревом. Ядро Земли возникло в результате комбинации процессов гетерогенной аккреции и последующей химической дифференциации. Выплавление железо-сернистых масс и удаление их из разных горизонтов первичной Земли путем стекания в центральные области было процессом, протекавшим асимметрично и в дальнейшем определившим асимметрический характер коры и верхней мантии.
В настоящее время нам довольно обоснованной представляется идея о том, что происхождение земного ядра связано с происхождением (способом формирования) самой Земли и Солнечной системы. Химическая эволюция протопланетной туманности, рассмотренная нами выше, при остывании газа солнечного состава определила то обстоятельство, что в районе аккумуляции вещества Земли возникли химические соединения, которые определили химический состав нашей планеты в целом. Начало формирования Земли по всей вероятности, было связано с первичной аккумуляцией именно металлических частиц. В пользу этого мы можем привести следующую аргументацию.
В процессе аккумуляции планет железоникелевые частицы имели явное преимущество в отношении объединения перед частицами другого состава. Если аккумуляция первоначально происходила при высоких температурах, то капли железа при соприкосновении друг с другом легко сливались в тела компактной массы, образуя зародыши планет. Если агломерация имела место при низких температурах, то металлические частицы ввиду своей пластичности и хорошей теплопроводности объединялись при столкновении. В этом случае происходило поглощение кинетической энергии. Таким образом могли происходить процессы как “горячей сварки”, так и “холодной сварки” в зависимости от температуры частиц. Заметим, что в некоторых железных метеоритах обнаружены признаки объединения металла в результате соударений.
Наконец при температурах ниже точки Кюри (1043 К для Fe, 598 К для FeS) частицы железа и троилита могли легко намагничиваться в сильном магнитном поле первичного Солнца ив дальнейшем объединялись силами магнитного притяжения. Поскольку силы магнитного притяжения для мелких металлических частиц на много порядков превосходят гравитационные силы, зависящие от масс, аккумуляция частиц никелистого железа из охлаждающейся солнечной туманности могла начаться при температурах ниже 1000 К в виде крупных сгущений и во много раз была более эффективной, чем аккумуляция силикатных частиц при прочих равных условиях. По Ф. Хойлу и Н. Викрамасингу, когда происходило непрерывное сжатие Солнца, напряженность магнитного поля могла достигать высоких значений, на два порядка превышающих современную. В этих условиях аккумуляция ферромагнитных материалов типа железоникелевых частиц и троилита должна протекать наиболее эффективно, образуя зародыши планет земного типа. Поскольку точка Кюри для железа и железоникелевых сплавов находится вблизи 1000 К, магнитные силы как фактор аккумуляции могут вступить во взаимодействие задолго до начала окисления железа. П. Гаррис и Д. Тозер вычислили поперечное сечение захвата взаимно намагниченных частиц, которое оказалось в 2-104 раз выше их реального поперечного сечения. В то же время они показали, что магнитное взаимодействие зависит от размеров частиц. Оно весьма незначительное для частиц с диаметром менее 10--5 см, но при размерах частиц 10-4 см агрегация наступает довольно быстро. При высоких температурах (свыше 1273 К) в газопылевом облаке все частицы могли сосуществовать независимо до падения температуры ниже точки Кюри. Но при падении температуры ниже точки Кюри магнитное взаимодействие железоникелевых частиц становилось решающим фактором аккумуляции в процессе рождения планет.
Из сказанного совершенно естественно вытекает вывод, что при самых разнообразных условиях в первичной туманности железоникелевые сплавы должны аккумулироваться первыми. При достижении достаточно крупных масс зародыши планет в дальнейшем могли захватывать более поздние конденсаты солнечного газа путем непосредственного гравитационного захвата.
Совершенно очевидно, что описанные выше процессы вполне относят к нашей планете, для которой гетерогенная аккумуляция представляется совершенно неизбежной. Эта аккумуляция определила первоначальную химическую неоднородность Земли, ее термодинамическую неустойчивость, которая в дальнейшем предопределила ход развития Земли—дифференциацию ее материала, что привело к четкому обособлению границы между мантией и ядром, между внутренним и внешним ядром...
В свете изложенного выясняется общая картина рождения Земли. Рост Земли начался с объединения металлических частиц при температурах ниже точки Кюри. Однако нагрев первоначального металлического тела вследствие ударов частиц при аккумуляции привела повышению температур и, возможно, устранил взаимодействие магнитных сил, которое было основным. Достигнув значительной массы, первичное металлическое ядро—зародыш продолжало гравитационный захват более поздних конденсатов из окружающей среды. На этом этапе аккумуляция стала более гомогенной, и первичная мантия накапливалась как мощная оболочка в виде смеси металлических, силикатных частиц и троилита. При этом весьма вероятно, что в нижних горизонтах первичной мантии содержание металлических частиц было повышенным, а в верхних горизонтах они отсутствовали. Таким образом, первоначальная мантия по радиусу представляла собой неоднородную смесь металлического и силикатного материала. На поздних стадиях аккумуляции оседали гидратированные силикаты и органические вещества. На завершающих этапах аккумуляции Земля путем прямого гравитационного захвата приобрела также часть (вероятно, небольшую) газов, в том числе Н2О, СО2, СО, NНз, Hg, из первичной туманности в силу собственного притяжения.
Исходя из длительности процессов аккумуляции в Солнечной системе порядка п-108 лет, что вытекает из l29I--129Xe и 244Pu--132-136Xe датирования метеоритных образцов, мы можем предположить, что в большей части объема планеты температуры не превышали точки плавления ее материала. Однако в связи с адиабатическим сжатием, радиоактивным нагревом от ныне сохранившихся и быстро вымерших радиоактивных изотопов (244Pu, 247Cm и 129I) и остаточной тепловой энергии от процесса аккумуляции в ранние эпохи существования Земли происходило повышение температур и материал планеты местами начал плавиться. Максимальная температура была приурочена к центру с последующим ее понижением к периферии. Плавление в результате радиоактивного нагрева и других факторов началось на определенных глубинах, где температура превысила точку плавления наиболее легкоплавких компонентов при данных условиях давления. Если состав первичной мантии представлял собой смесь силикатной, металлической и сульфидной фаз, то температура плавления эвтектики Fe—FeS быласамой минимальной (1260 К) и в то же время она в меньшей степени зависела от увеличения давления. Первым и принципиально нового веществ могло происходить в большей части объема первичной мантии. Совершенно очевидно, что жидкая расплавленная фаза металла с примесью серы возникала в глубоких недрах планеты легче, чем жидкие расплавленные силикатные массы.
Дифференциация гомогенной модели Земли с плавлением и погружением жидкого железа, сформировавшего ядро Земли, должна была существенно поднять температуру планеты. При полном погружении железа температура должна была повыситься на 2270 К, при этом в масштабе всей Земли выделилась бы энергия, равная 15*1030 Дж, по расчетам Г. Юри—4,78*1030 Дж, а Е. Люстиха—16,7*1030 Дж. Это громадное количество тепла должно было расплавить всю нашу планету или же ее большую часть. Однако никаких признаков такого события мы не находим. По гетерогенной модели аккумуляции Земли этого не происходило. Стекание железосернистых масс, охватившее лишь нижние горизонты мантии, привело к сравнительно небольшому выделению общего тепла. В отношении оценки времени не будет большой ошибкой допустить, что образование современного ядра Земли (внешнего железосернистого) произошло в интервале 4,6-4 млрд. лет назад.
Таким образом, по предложенной модели основная масса ядра образовалась в период формирования Земли за счет аккумуляции металлических частиц, а последующее выплавление железосернистых масс в нижних частях первичной мантии завершило формирование всего ядра Земли в целом.
4.Дифференциация мантии и образование коры, гидросферы и атмосферы.
В свете современных геохимических и космохимических данных дифференциация первичной мантии имела двухстороннюю направленность. С одной стороны, происходило выплавление наиболее легкоплавких, но тяжелых компонентов—железосернистых масс с опусканием их к центру ввиду высокой плотности и низкой вязкости, что привело к формированию внешнего ядра. С другой стороны, выплавлялись менее легкоплавкие, но обогащенные летучими силикатные фракции, что привело к образованию базальтовой магмы и впоследствии к формированию базальтовой коры океанического типа. Если первый (первый также и в хронологическом отношении) процесс приводил к извлечению из первичной мантии преимущественно сидерофильных и халькофильных химических элементов и их сосредоточению в центральном ядре, то второй—к центробежной миграции преимущественно литофильных и атмофильных элементов.
Однако геохимические свойства элементов в зависимости от конкретных физико-химических условий могут меняться. О степени химической дифференциации мантии в какой-то мере можно судить, сравнивая относительную распространенность некоторых элементов верхней мантии и различного типа хондритов. Так, например, отношение Ni: Fe в современной мантии составляет около 0,03, т. е. оно значительно ниже, чем в хондритовых метеоритах, но выше, чем в метеоритных силикатах. Это можно объяснить тем, что на ранней стадии развития Земли большая часть никеля была удалена из мантии путем сегрегации сульфида и металла в ядро. Сравнение относительного распространения шести типичных литофильных элементов верхней мантии Земли с их метеоритным распространением, согласно расчетам Р. Хатчисона, представлено в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что фракционирование литофильных элементов в мантии Земли отличается от такого в хондритовых метеоритах. Наблюдается общая тенденция убывания концентрации первых пяти элементов от углистых хондритов до энстатитовых. Верхняя мантия Земли обогащена Al, Mg и Са и обеднена Ti и Сг относительно углистых хондритов. Обеднение верхней мантии Ti и Сг можно объяснить их удалением в былые времена в ядро в виде сульфидов. В связи с этим следует отметить, что в сильно восстановленных энстатитовых хондритах весь Сг находится в добреелите, а 75% Ti—в троилите.
Таблица 1.
Фракционирование литофильных элементов относительно углистых хондритов
Элемент
Верхняямантия,
свободная от
Современнаяверхняя
мантия
Хондриты
углистые
обычные
энстатитовые
Si
1,00
1,00
1,00
1,06
1,00
Ti
0,46
0,65
1,00
0,74
0,55
Al
1,06
1,05
1,00
0,71
0,55
Сг
0,47
0,58
1,00
0,82
0,77
Mg
1,29
1,23
1,00
0,90
0,74
Са
1,13
1,10
1,00
0,67
0,53
Условия верхней мантии были не такими восстановительными, как это имело место в случае формирования энстатитовых хондритов, поэтому более высокое содержание Ti и Сг находилось в окислах, что, естественно, связано с формой нахождения Fe в верхней мантии. Известно, что Fe в энстатитовых хондритах не окислено и в их металлической фазе присутствует Si.
Из изложенного вытекает очень малая вероятность того, чтобы легким элементом в ядре Земли был Si, как это допускается некоторыми исследователями. Удаление свыше половины Ti и Сг и значительной доли Ni из верхней мантии в ядро, вероятно, имело место во время ранней дифференциации земного шара. Распространенность главных литофильных элементов в верхней мантии сходна с моделью формирования Земли, в которой аккумуляция началась с ядра, где сконцентрировался металл, а затем оседал материал, близкий по составу к обычным и углистым хондритам, несколько обогащенным железом. Затем парциальное плавление вызвало определенную потерю сидерофильных и халькофильных (и некоторых литофильных) элементов в первичной силикатной мантии и поступление их в ядро.
Парциальное плавление силикатного материала мантии, обогащенного летучими, происходило в пределах верхних горизонтов первичной мантии. Оно началось позже плавления сульфидного эвтектического материала (сульфид + металл). Поскольку увеличение давления препятствовало плавлению силикатного материала на больших глубинах значительно в большей мере, чем плавлению металлических и сульфидных веществ, то оптимальные условия для плавления силикатных веществ существовали на определенных критических глубинах. Как вытекает из расчетов Ф. Берча для хондритовой модели Земли, плавление могло происходить в интервале глубин 100—600 км. Возможное присутствие летучих несколько уменьшало эти глубины. В связи с этим следует отметить, что плавление началось в пределах того слоя первичной верхней мантии, в котором в процессе аккумуляции появился материал, близкий к углистым хондритам (С1), т.е. Земля приобрела гидратированные силикаты, летучие компоненты и первые органические соединения в виде сложных углеводородов, аминокислот и др.
В легкоплавких силикатных фракциях материала первичной, мантии накапливались наиболее типичные литофильные элементы, поступившие вместе с газами и парами воды на поверхность первичной Земли. Большая часть силикатов, преимущественно железомагнезиальных, при относительном завершении планетарной дифференциации образовала мощную мантию планеты, а продукты ее выплавления дали начало развитию алюмосиликатной коры, первичных океана и атмосферы, насыщенной СОз.
Процесс плавления мантии, определивший центробежную миграцию расплавов и растворов, был гетерогенным. Он отмечается изотопным составом элементов из пород мантийного происхождения. Обнаружено, что в мантии сохраняются участки с разным соотношением стабильных изотопов, что было бы невозможным при общем плавлении и гомогенизации мантии большого масштаба. Данные измерений изотопного состава углерода из образцов мантийного происхождения привели Э. Галимова к выводу о существовании двух направлений изотопных измерений углерода. Углерод в мантии находится в двух различных формах, или фазах. Изотопный состав углерода этих фаз различен, как и различна химическая форма нахождения, подобно тому, что обнаружено в метеоритах. Так, углерод, рассеянный в каменных метеоритах, более обогащен легким изотопом (12С), в то время как углерод, находящийся в графите и органическом веществе, более тяжелый (13С). При образовании Земли эти две формы углерода были унаследованы планетой на последних стадиях ее аккумуляции.
Э. Галимов отмечает, что изотопный состав не только углерода, но и некоторых других элементов земной коры обнаруживает поразительное сходство с изотопным составом тех же элементов углистых хондритов при весьма отдаленном сходстве с другими каменными метеоритами. Эти данные, во-первых, подтверждают гетерогенную аккумуляцию и тот факт, что в завершающих ее этапах участвовало вещество, аналогичное составу углистых хондритов. Во-вторых, образование зон и очагов плавления в мантии было таким, что оно не смогло гомогенизировать изотопный состав ряда химических элементов.
Дополнительные свидетельства в пользу гетерогенной аккумуляции мантии и ее последующей гетерогенной дифференциации мы находим в данных по изотопному составу Sr и РЬ в вулканических породах, материал которых возник на разных горизонтах в самой мантии. Для исследования ранних процессов дифференциации мантии мы можем использовать изотопные пары: 238U--206 Pb, 87Rb—87Sr, поскольку все четыре элемента геохимически ведут себя по-разному в обстановке парциального плавления материала мантии. В ряду элементов летучесть возрастает в такой последовательности: U, Sr
Введение
2. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании
2.1 Анализ физико-механических свойств грунтов пятна застройки
2.2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента
2.3. Выбор типа фундамента и определение его размеров
2.4. Вычисление вероятной осадки фундамента
3. Свайные фундаменты
3.1. Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов
3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов
3.3. Расчет основания свайного фундамента по деформациям
3.4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента.
3.5. Устройство ограждающей стенки.
3.6. Последовательность выполнения работ на строительной площадке.
Введение
В данном курсовом проекте по дисциплине Механика грунтов, основания и фундаменты рассчитаны и запроектированы фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты. Приведены необходимые данные по инженерно-геологическим изысканиям, схемы сооружений и действующие нагрузки по расчетным сечениям. Расчет оснований и фундаментов произведен в соответствии с нормативными документами
СниП 2.02.01-83 Основания и фундаменты
СниП 2.02.03-85 Свайные фундаменты
СниП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции
2. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании
2.1 Анализ физико-механических свойств грунтов пятна застройки
Исходные данные для каждого из пластов, вскрытых тремя скважинами:
Таблица 1
Номер пласта
Мощность пласта по скважинам
Плотность
частиц
грунта
?s , т/м3
Плотность
грунта
?,т/м3
Для каждого из пластов, вскрытого скважинами должны быть определены расчетные характеристики.
а) число пластичности: Jp=Wl-Wp ,
1. Для пласта 1 нет, т.к. песок
2. Для II пласта: Jp=Wl-Wp=25-15=10
3. Для III пласта: нет, т.к. песок
б) плотность сухого грунта:
Для I пласта: т/м3
Для II пласта:т/м3
Для III пласта:т/м3
в) пористость и коэффициент пористости грунта:
,
Для I пласта: ,
Для II пласта: ,
Для III пласта: ,
г) показатель текучести для глинистых грунтов:
Для II пласта:
д) степень влажности грунта:
Где:
?- пластичность грунта т/м3;
?s- пластичность частиц грунта т/м3;
?w - плотность воды, принимаем 1.0;
W- природная весовая влажность грунта, %;
Wl - влажность на границе текучести;
Wp - влажность на границе пластичности;
Для I пластапески влажные (0,5
Для II пласта:
Для III пласта: Пески насыщенные водой (Sr>0.8)
Полученные данные о свойствах грунтов вносим в Таблицу 2
Таблица
кПа
? - коэффициент зависящий от коэффициента Пуассона ?:
Где e1 – начальный коэффициент пористости;
cc – коэффициент сжимаемости;
e1 – коэффициент пористости при P1=100 кПа
e2 – коэффициент пористости при P2=200 кПа
e3 – коэффициент пористости при P3=300 кПа
0,56-0,525
Cс1= =0.000175 кПа
200
0,48-0,457
Cс2==0.000115 кПа
200
Cс3= 0,349-0,327 =0.00011 кПа
200
2.2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента
Минимальную глубины заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям.
Глубина заложения подошвы фундамента из условий возможного пучения грунтов при промерзании назначается в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83.
Если пучение грунтов основания возможно, то глубина заложения фундаментов для наружных стен отапливаемых сооружений принимается не менее расчетной глубины промерзания df , определяемой по формуле:
df=kh?dfn ,
гдеdfn – нормативная глубина промерзания
kh - коэффициент влияния теплового режима
здания
Принимаем глубину заложения фундамента d=1,5м. Планировку выполняем подсыпкой грунта до отметки 209.000м и уплотнение его виброплащадкой до плотности ?=1,0т/м3.
2.3. Выбор типа фундамента и определение его размеров
При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы среднее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R. Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:
PMAX?1.2R ; P0
Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется по формуле:
Где ?c1и?c2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3
СНиП 2.02.01-83 или методическое пособие (прил14);
K=1- коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта;
M?, Mq, Mc – коэффициенты принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83 или методическое пособие (прил.15);
b - ширина подошвы фундамента, м;
db – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;
d| - глубина заложения фундамента бесподвальных помещений
KZ – коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта ( принимаем KZ=1 );
???’- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
??? - то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 ;
c?? - расчетное значениеудельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа.
?с1=1,4?с2=1,2;К=1;
М?=2,46;Мq=10,85;Mc=11,73;
Kz=1 т.к. b<10м
С||=0 кПа , т.к. песок.
db=0 , т.к. нет подвала. d1=1.5
Удельный вес грунта - ?=??g=10??
? =?обр.зас=?обр.зас.*10=18кН/м3;
?1=2,1*10=21 кН/м3;
?2=2,03*10=20,3 кН/м3;
?3=20,8 кН/м3;
кПа
;
Давление под подошвой фундамента:
;
Где: Р, Рmax, Pmin – соответственно среднее, максимальное и минимальное давление на грунт под подошвой фундамента
No,?? - расчетная нагрузка на уровне отреза
фундамента, кН;
Mo,?? - расчетный изгибающий момент, кН?м;
d -глубина заложения фундамента, м;
?m – осредненный удельный вес - 20?22 кН/м3.
A – площадь подошвы фундамента, м2
W – момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м3
Принимаем, что большая сторона фундамента равна a=1.1b, тогда А=1.1b*b=1.1b2 и ; ?m=21 кН/м3; d=1,5м.
Находим значения Pmax, 1.2R при b=1;1,5; 2; 3; 4; и строим график зависимости между b и Pmax,1.2R. Точка пересечения, дает нам искомую величину b.
Pb=1.5max=кН;
1.2Rb=1м=141,094*1+590,59кПа
принимая b=1,6м, считаем А, W, Pmax, Pmin, и проверяем условия.
Условия соблюдаются при b=1,9; a=2,1; W=1,4; A=3,97
Pmax=378.423кН; <1.2R=550кПаP=192.762кН;
Pmin=7,1кН;>0
2.4. Вычисление вероятной осадки фундамента
Расчет осадки фундамента производится по формуле:
S
Где S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;
Su – предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СниП 2.02.01-83;
Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.
Ординаты эпюры природного давления грунта:
n
?zg=??i?hi ,
i=1
где ?i – удельный вес грунта i-го слоя, Кн/м3;
hi – толщина слоя грунта, м;
?=10?? т/м3.
Tак как в выделенной толще залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического взвешивания:
?s=10??s ,
?s – плотность частиц грунта, т/м3;
e – коэффициент пористости грунта;
?s – удельный вес частиц грунта, Кн/м3.
кПа
кПа
?sb|||=(26,7-10)(1-0,37)=10,521 Кн/м3
кПа
кПа
Ординатыэпюры природного давления откладываем влево от оси симметрии.
Дополнительное вертикальное напряжение ?zр для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:
?zр=??P0
где ? - коэффициент, принимаемый по табл.1 СниП 2.02.01-83;
P0 – Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента определяется как разность между средним давлением по оси фундамента и вертикальным напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
Давление непосредственно под подошвой фундамента:
Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:
где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;
hi – толщина i-го слоя грунта основания, см;
Ei – модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;
? - безразмерный коэффициент, равный 0.8;
?zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя, кПа.
Условие соблюдается, т.к. S=4,8см
3. Свайные фундаменты
3.1. Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов
Фундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 по двум предельным состояниям:
- по предельному состоянию первой группы ( по несущей способности): по прочности – сваи и ростверки, по устойчивости – основания свайных фундаментов;
- по предельному состоянию второй группы ( по деформациям ) – основания свайных фундаментов.
Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в зависимости от:
- наличия подвалов и подземных коммуникаций;
- геологических и гидрогеологических условий площадки строительства ( виды грунтов, их состояние, положение подземных вод и т. д. );
- глубины заложения фундаментов прилегающих зданий и сооружений;
- возможности пучения грунтов при промерзании.
Описание грунтов
Мощность слоя, м
Рыхлый насыпной грунт из мелкого песка с органическими примесями
?=1,3(0.9) т/м3, ?=12?
3.0
Торф коричневый водонасыщенный,
Jl=0.6,?=(1,2)0.6 т/м3, ?=8?
2,0
Слой суглинка Jl=0,3?=1,8(1,15) т/м3,
Е=14000 кПа, ?=22?, С=50 кПа
5,0
глина Jl=0,2?=2,1 т/м3,
Е=20000 кПа, ?=20?, С=100 кПа
14,0
Горизонт подземных вод от поверхности
земли , м
1,5
В скобках указана плотность грунта во взвешанном состоянии. Мощность пласта в колонне изм-ся от кровли до его подошвы.
3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов
Прежде всего необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину и размеры поперечного сечения. Длину сваи определяют как сумму L=L1+L2+L3.
L1 – глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается для свайных фундаментов с вертикальными нагрузками не менее 5 см.
L2 – расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя.
L3 – заглубление в несущий слой.
Принимаем железобетонные сваи, квадратного сечения размером 300х300 мм.
L=0.15+7.3+1=8,45=9м.
Несущая способность Fd ( в кН ) висячей сваи по грунту определяется как сумма сопротивления грунтов основания под нижним концом сваи и по боковой поверхности ее:
Fd=?c?( ?cr?R?A+U???cf?fi?li ),
Где ?c –коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый?c=1.0.
?crи ?cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи ( табл. 3 СНиП 2.02.03-86 ); для свай, погруженных забивкой молотами, ?cr =1.0 и ?cf =1.0;
А – площадь опирания на грунт сваи, в м2, принимаемый по площади поперечного сечения сваи;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;
U – периметр поперечного сечения сваи, м;
fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа;
li – толщина i-го слоя грунта, м.
При определении fi пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не более 2м.
A=0.3*0.3=0.09 м.
?с=1;?CR=1;?сf=1;
R=4825кПаU=0.3*4=1.2 м.
№
h
z
f
1
1,5
0,75
26,5
2
1,5
2,25
30
3
2,00
4
0
4
2,00
6
42
5
1,50
7,75
44
6
1,50
9,25
45
7
0,5
10,5
65
I Исходные данные
1.1 Геологические данные (справочник геолога и минералогии и петрографии)
1.2 Геологический разрез
1.3 Назначение выработки, срок ее службы
II Выбор горнопроходческого оборудования и механизмов и определения поперечного сечения выработки в свету.
III Крепление выработки
3.1 Расчет величины горного давления
3.2 Выбор материала крепи и ее расчет
3.3 Определение размера выработки в «черне» и «проходке»
3.4 Определение расхода крепежного материала на один погонный метр выработки и на всю выработку
IV Буровзрывные работы
4.1 Выбор машины для бурения шпуров и инструмента к ней
4.2 Выбор в.в., кол-во шпуров, тип вруба, кол-во в.в.
4.3 Выбор способа взрывания и средств взрывания
4.4 Расчет показателей по ожидаемым результатам взрыва
4.5 Расположение шпуров на пл-ти забоя
V Расчет паспорта вентиляции
5.1 Выбор обоснование схемы проветривания
5.2 Расчет необходимого кол-ва воздуха по скорости течения вентиляционной струи, по расходу в.в.
Содержание.
Аннотация.
Введение.
Раздел 1. Описание и анализ существующей технологии, механизации и организации производства на участке.
1.1. Краткая геологическая и гидрогеологическая характеристика шахтного поля.
1.2. Вскрытие месторождения и применяемые системы разработки.
1.3. Механизация работ.
1.4. Организация производства и труда.
1.5. Основные технико-экономические показатели работы участка за отчетный период.
Раздел 2
